浅谈铸造铝合金常用生产工艺

2021-02-17尹华成

装备维修技术 2021年43期

尹华成

摘要：现代铸造铝合金按主要加入的元素可分为4个系列，即：铝硅系、铝铜系、铝镁系及铝锌系。对这4个系列，各国都有相应的合金和合金牌号的标记。中国采用ZL+3位数字标记法，第一位数字表示合金系，其中：1表示铝硅合金系，2表示铝铜合金系，3表示铝镁合金系，4表示铝锌合金系，第二、三位数字表示合金序号。中国的几种典型铸造铝合金如表所示，根据合金的使用特性可分为：耐热铸造铝合金、气密铸造铝合金、耐蚀铸造铝合金和可焊铸造铝合金。因此，提高铸件生产质量，既要注重实践经验的总结，又要发展铸造工艺理论。多年来，铝合金铸造工作者为提高铸件质量，总结了大量的新技术和新工艺，丰富并发展了铸造技术理论。本文就对铝合金铸造的实用工艺，进行阐述。

1 铸造铝合金的工艺特点

1.1 Al-Si 系铸造合金

Al-Si系铸造合金的Si含量一般为5%―13%，属于亚共晶和共晶型合金。也有Si含量超过15%的过共晶铝合金。Al-Si系具有良好的铸造性能，气密性好，流动性好，热裂倾向小。在Al-Si系合金中主要的强化相有Al2Cu、Mg2Si和Al2CuMg，经过变质处理和热处理后，合金的力学性能会显著提高，加上较好的铸造性能，Al-Si系合金是铸造铝合金中品种最多，应用最广的。ZL102 合金为共晶型合金，具有好的铸造性能，流动性好，没有热裂倾向，气密性好。但由于生成的共晶硅为粗大的针状和片状，割裂了铝基体组织，力学性能和切削加工性能差，所以合金需要变质处理，改变硅的形态，使共晶硅变细。ZL114A 具有较好的铸造性能，具有较高的强度且具有较好的塑性，可焊性较好，在航天航空和军工领域有广泛的应用。

1.2 Al-Cu 系铸造合金

Al-Cu 系铸造合金中 Cu 含量在 4.5%―11%范围内，Al2Cu 是最主要的强化相，在室温和高温下有较好的强度和热稳定性而且具有较好的切削加工性能。但是铸造性能比Al-Si系铸造合金差、气密性低、耐蚀性差，特别是热裂倾向较大，给铸件的生产带来较大的工艺难度。特别是当含量处于4%―5%时热裂倾向最大，超过这个含量是的热裂倾向降低。通过添加中间合金细化晶粒，可以降低合金的热裂倾向。通过利用原位反应合成技术制备Al-Ti-B中间合金晶粒细化剂细化ZL201合金的铸造组织，可以基本消除晶界三元共晶组织，改善杂质分布，大大减少铸造缺陷，大幅度提高材料性能。通过控制合金的凝固条件，当平均凝固速度提高时，二次枝晶间距和枝晶大小都降低，也可以降低热裂倾向。ZL201 合金为固溶性合金，凝固温度区间较宽，热裂倾向较大，铸造性能较差。ZL201 合金的机械性能较高，热处理后强度可以达到 300～400MPa。可用作承受大的动载荷和静载荷的零件，也可用300℃以下温度工作的零件，用途很广。

2 铝合金铸造的实用工艺

2.1变质处理

近十年来，由于锶变质剂被越来越多的采用，从而为铝合金铸造开拓了新的途径。

通过使铸件快速凝固或加入变质剂（通常用钠或锶）都可达到变质处理的目的。钠或锶变质剂都能明显地提高延伸率，同时对抗拉强度和屈服强度几乎无影响或影响很小，并能较改善切削加工性。

在铝合金铸件中，尤其是亚共晶合金（iS含量小于12%，例如356合金）变质程度是极其重要的。

通过变质可使延伸率有明显的提高，阻止了初晶硅晶粒的长大，使其保持细小球状晶粒，因此能获得较高的延伸率。

为了得到最好的效果，在每次处理时都应对变质剂和变质程度进行认真的分析。因为有些处理法对某种铸件是合适的，而对另一种铸件则未必合适。

2.2热处理

变质是用以提高合金的延伸率，而热处理用以提高合金的抗拉强度和屈服强度。许多铸造铝合金都需要进行热处理，在这些铝合金中最普通355，356和357合金。

固熔热处理的目的是使溶质元素充分溶解。为了达到此目的，铸件的温度升到接近于或低于合金的熔化温度。由于合金的化学成分不同，因而其固溶温度也各不相同。下表为推荐用于355，356 和357合金的固溶热处理的温度。

铸件应按表所示的温度保持足够长的时间以溶解可溶的组元。溶解所需的时间取决于组元的粗细和晶粒的大小，而组元的粗细和晶粒的大小又与凝固期间的激冷速度有关，就355 和356合金的金属型铸件而言，有的工艺规定在此温度保温12小时或更长的时间，然后将铸件淬入热水中以保持固溶组织。

为保证获得良好的机械性能，应尽量缩短铸件从热处理炉中取出到淬火之间的时间间隔（小于15秒）。